侯潤珍
（太原市政工程建設開發公司，山西 太原030012）

　　摘要：在太原市河西北中部污水處理廠外部千管工程施工中，采用氣壓平衡頂管工藝鋪設了 1557 m管道，管底實測標高與設計值誤差為 10 mm，管道線型控制達到設計標準。介紹了氣壓平衡頂管工藝施工方法及施工中注意的問題，認為氣壓平衡頂管工藝在管網鋪設中具有頂進距離長、工作效率高，安全系數大等優點。
　　關鍵詞：管道鋪設；污水廠；氣壓平衡；頂管
　　中圖分類號：TU991.05 　　文獻標識碼：B 　　文章編號：1009－2455（2003）02—0062—03

　　地下管線是城市的重要基礎設施，隨著城市建設的不斷發展，地下管線施工方法越來越先進，新型頂管技術不斷被應用。2001年太原市河西北中部污水處理廠外部于管工程，施工戰線長，埋設較深，所鋪設管線需橫穿玉門東街居民區及黑水河，并與干渠斜交100 m，客觀條件不允許大開挖埋設污水管，而普通頂管法在最佳施工條件下，一次頂進長度為百米左右，根本無法滿足工程需要，經過實地勘測與科學論證，采用了氣壓平衡頂管工藝進行施工。

1　工程概況

　　太原市河西北中部污水處理廠外部于管工程，北起漪汾街P28井，南接青年北街現有PZ井，全長約 1557 m。設計管徑 DN1 500 mm，管道埋深4－5 m，共有檢查井 25座。擬采用頂管工藝進行施工。
　　由于施工戰線長，為加快施工進度，便于分層管理，工程分為2個工作區同時施工，雙向頂進。每個工區為一現場管理點。

2　頂進方案選擇

　　針對該工程施工戰線長，施工環境又很復雜的情況，我們進行了頂管技術的多方案比較。目前國內先進的頂管工藝主要有氣壓平衡和土壓平衡2種。
2.1 氣壓平衡頂管工藝
　　通過空氣壓縮機向工具管內注人一定壓力的空氣，使之與工具管內的水上壓力相平衡，并形成一個相對穩定的開挖面， 以防止工作管正面土體的流動和開挖面的塌方，而開挖面經過不斷的取土推進被破壞，壓縮空氣也隨之建立起一次次新的相對平衡開挖面，完成管節的不斷推進。其優點是由于壓縮空氣的作用，工具管前方的土體始終保持相對穩定，可避免塌方和泥石流倒灌，對地面沉降影響較小。另外由于氣壓倉的作用，一旦機頭前方發現木樁、石塊等障礙物，操作人員可通過氣壓倉進人工具管內將其取出，保證頂管的順利進行。
2.2 土壓平衡頂管工藝
　　通過刀盤旋轉，將機頭前方的土體切削絞出，利用切削前的土體壓力與土艙壓力相平衡，排士量約等于削士量，從而使開挖面上的土壓平衡狀態基本保持不變。該工藝適用于淤質粘土、粘土、亞粘土，用于砂性土時需進行砂土改良，注人一定量的人造泥漿。其優點是，操作簡單，在軟土層中施工速度快等。但推進時地面沉降不宜控制，且一旦刀盤發生問題無法更換，遇到地下障礙物時排障困難，阻礙推進。
　　本工程管線沿西渠路布設，土質為砂類粘土，含水量大，滲透性強，管道需要穿過民房、河流等，并與干渠斜交 100 m，在推進過河道特別是過渠道時，由于管頂距渠底不遠，可能會遇到木樁和石塊等雜物。故決定采用氣壓平衡頂管工藝進行施工。

3 氣壓平衡頂管施工

　　氣壓平衡法頂管施工的基本程序是先制作工作井，在井內安裝主頂油缸系統提供水平推力，然后將砼管一節一節地從工作井的前墻預留洞口中推出進入井外土層中，直到機頭進人接收并。在管道的前端設置一節頂管機頭，頂管正面土體靠機頭維持平衡，在管道向前頂進過程中通過機頭逐步將土體挖掘進人管道內，然后運輸到后方工作井并提升至地面。
　　管道頂進所遇到的阻力隨頂進長度成正比，當管道所受阻力超過主頂油缸提供的水平推力或工作井后壁及砼的允許承受能力時，需要增加中繼間接力推進，實行長距離頂管。以下從各分項工程介紹。
　　①工作井
　　頂管工作井是安裝頂管設備的場所，也是頂管起始的地方。根據現場條件和頂進需要，本工程共設有 2座工作井，工作井幾何尺寸 7 m × 4 m，壁厚 50 cm，井高度根據地面標高和管道埋深情況而定，約為6.5～7.5m。設計工作井的最大承受頂力為 800 kN。均采用沉井法進行施工。
　　②檢查井
　　本工程共設檢查井25座，均為直線矩形檢查井，其中2座檢查井位于2個工作井內，剩余的23個中途檢查井，在頂管完成后，測量出井位，再開挖制作。檢查井結構為“騎馬井”。
　　③砼管材
　　頂管工程中使用的管節一般有鋼管和砼管2種，鹼管節類型有企口管、T型接口管和F型接口管。本工程選用 F型接口管，管徑 DN 1500mm，壁厚 16 cm，單根管長 3 m，砼強度 C50。
　　④施工設備
　　工作井地面和井內的主要設備：電動空壓機：9 m³，2臺，3 m³，2臺；高壓油泵：42 MPa，2臺；壓漿泵：0.8 MPa，2臺；汽車吊：15 t，2臺；油壓千斤頂：300 t，8臺；其它設備包括：導軌、千斤頂臺架、頂鐵。分壓環。后承壓壁、操作平臺。
　　工作井內設備安裝見圖1。
3.1 施工過程
3.1.l 頂管出洞
　　當井內、井外的準備工作完成后，可將機頭吊放到井內軌道上，調整好方向，開始頂管的出洞。工作井壁前墻有機頭及管道出洞的預留洞口，預留洞口與管道間設有洞口密封，以防井外水土流人，同時也起定位作用。當機頭前端進人洞口密封后，可破墻出洞，依靠機頭前端刃口破除外層墻體，進行頂管正常推進。

3.1.2頂進施工
　　當工具管進人士體后，留其尾部約 30 cm擱在導軌上，收回千斤頂活塞桿，卸走頂鐵和分壓環，安裝管節，開始進行管道的頂進施工。本工程工具艙采用鋼結構，氣壓艙及機頭的內徑為1.8m，操作空間比較大，加氣壓也比較方便。設置兩道氣壓門，第一道安裝在工具管后端，第二道安裝在前進方向的第二條砼管后端。在取土時，第一道氣壓艙和第二道氣壓艙氣壓保持與前方氣壓平衡，打開1號門，一人進人前艙取土，另一人接應和觀察，發現土層變濕和塌落現象，立即退到后艙，關閉1號門，停止作業，查明原因采取措施后，方可繼續作業。
3.1.3 頂管進洞
　　管道進洞時要精心測量，如接收井附近土質較差時，應采取措施，保證管線按規劃線路頂進。本工程的接收井采用樹根樁支護后開挖現澆，且在進洞口 5m 范圍內作注漿加固處理，防止機頭進洞時流進大量流砂或水，以確保進洞安全，機頭進洞后，用吊車品出機頭，然后將機頭后面的管道繼續頂進接收坑。
3.1.4 頂管的測量糾編
　　管內的測量儀器采用水平儀，放線及特殊測量采用全站儀。本工程曲線頂管，測量較困難，機頭需安裝自動測斜儀監測配合人工測量校核。通過測量檢查的管道軸線、高程偏差，通過布置在機頭上的4組糾偏千斤頂進行調整。
3.2 工程質量
　　采用氣壓平衡頂管工藝與我省現有的頂管技術相比，具有頂進距離長、工作效率高、施工誤差小、安全系數大等優點。本工程鋪設管線 1557m，施工中曾創下了1d 單項頂進 13 m的記錄，管底實測標高與設計值誤差在 10 mm之間，管道線型控制始終達到了設計標準，管道接口嚴密，管口無變形。經市政工程質量監督站評定，工程達到了設計要求。
3.3 特殊情況處理
　　在頂管過程中，有時機頭會產生上漂或下陷現象，應及時糾偏，用螺桿將前面幾節管節連接固定，另外在管頭產生偏差方向的部位超前灌水泥漿，固結其土體，方便其糾偏操作。有時管道產生旋轉，此時可在產生旋轉的管節一邊加配重，慢慢糾正其旋轉方向，恢復至正常位置。在施頂時，如遇地下障礙物，應采取措施排除它，如遇地下管線，應查明管線性質，采取引流截流等措施，排除管道，等頂管完工后，再恢復原有地下管線。若遇構筑物基礎，應首先團結該段將穿越管道范圍內的地基土體取出基礎，進行頂管施工。

4 施工中注意問題

　　①頂管前應查清管線頂進線路上各段的地質情況，根據不同的水文、地下水情況采取不同的措施，隨時調整氣壓艙的壓力，保證地面不受沉降和頂管順利進行。
　　②施工時應勤測量，每天 2～4次，嚴格控制機頭的走向，發生較大偏差時，應分析產生原因和發展趨勢，采取分次逐步勤調、微調，控制好管道的線型。
　　③氣壓平衡頂管施工對頂管出洞精度有嚴格要求，頂管出洞方向控制好，整條管道才有可能頂好，頂管出洞控制不好，整條管道的施工將功虧一簣。

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作者簡介：侯潤珍（1959－），女，山西太原人，工程師，電話（0351 ）7243375。